第22讲：文件操作

文章目录

  • 第22讲：文件操作
  • 1. 为什么使用文件
  • 2. 什么是文件
    • 2.1 程序文件
    • 2.2 数据文件
    • 2.3 文件名
  • 3. 二进制文件和文本文件？
  • 4. 文件的打开和关闭
    • 4.1 流和标准流
      • 4.1.1 流
      • 4.1.2 标准流
    • 4.2 文件指针
    • 4.3 文件的打开和关闭
  • 5. 文件的顺序读写
    • 5.1 顺序读写函数介绍
    • 5.2 对比一组函数：
  • 6. 文件的随机读写
    • 6.1 fseek
    • 6.2 ftell
  • 7.文件读取结束的判定
    • 7.1 被错误使⽤的 feof
  • 8. ⽂件缓冲区

第22讲：文件操作

正文开始

1. 为什么使用文件

如果没有文件，我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中，如果程序退出，内存回收，数据就丢失了，等再次运行程序，是看不到上次程序的数据的，如果要将数据进行持久化的保存，我们可以使用文件。

2. 什么是文件

磁盘上的文件是文件。

但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种：程序文件、数据文件（从文件功能的角度来分类的）。

2.1 程序文件

程序文件包括源程序文件（后缀为.c），目标文件（windows环境后缀为.obj），可执行程序（windows环境后缀为.exe）。

2.2 数据文件

文件的内容不一定是程序，而是程序运行时读写的数据，比如程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

本章讨论的是数据文件。

在以前各章所处理数据的输入输出都是以终端为对象的，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上。

其实有时候我们会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上文件。

2.3 文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。

文件名包含3部分：文件路径+文件名主干+文件后缀。

例如： c:\code\test.txt

为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

3. 二进制文件和文本文件？

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件。

数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存，就是二进制文件。

如果要求在外存上以ASCII码的形式存储，则需要在存储前转换。以ASCII字符的形式存储的⽂件就是⽂

本⽂件。

⼀个数据在内存中是怎么存储的呢？

字符⼀律以ASCII形式存储，数值型数据既可以⽤ASCII形式存储，也可以使⽤⼆进制形式存储。

如有整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占⽤5个字节（每个字符⼀个字节），⽽

⼆进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节（VS2019测试）。

在这里插入图片描述

测试代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	fwrite(&a, 4, 1, pf);//⼆进制的形式写到⽂件中
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在VS上打开二进制文件：

在这里插入图片描述

点击→打开方式后，选择→二进制编辑器。就可以打开二进制文件了。

4. 文件的打开和关闭

4.1 流和标准流

4.1.1 流

我们程序的数据需要输出到各种外部设备，也需要从外部设备获取数据，不同的外部设备的输⼊输出操作各不相同，为了⽅便程序员对各种设备进⾏⽅便的操作，我们抽象出了流的概念，我们可以把流想象成流淌着字符的河。

C程序针对⽂件、画⾯、键盘等的数据输⼊输出操作都是通过流操作的。
⼀般情况下，我们要想向流⾥写数据，或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。

4.1.2 标准流

那为什么我们从键盘输入数据，像屏幕上输出数据，并没有打开流呢？
那是因为C语言程序在启动的时候，默认打开了3个流：

  1. stdin — 标准输入流，在大多数的环境中从键盘输入，scanf函数就是从标准输入流中读取数据。
  2. stdout — 标准输出流，大多数的环境中输出至显示器界面，print等函数就是将信息输出到标准输出流中。
  3. stderr — 标准错误流，大多数环境中输出到显示器界面。

这是默认打开了这三个流，我们使⽤scanf、printf等函数就可以直接进⾏输⼊输出操作的。

stdin、stdout、stderr 三个流的类型是： FILE* ，通常称为⽂件指针。
C语⾔中，就是通过 FILE* 的⽂件指针来维护流的各种操作的。

4.2 文件指针

缓冲⽂件系统中，关键的概念是“⽂件类型指针”，简称“⽂件指针”。

每个被使⽤的⽂件都在内存中开辟了⼀个相应的⽂件信息区，⽤来存放⽂件的相关信息（如⽂件的名字，⽂件状态及⽂件当前的位置等）。这些信息是保存在⼀个结构体变量中的。该结构体类型是由系统声明的，取名FILE.

例如，VS2013编译环境提供的 stdio.h 头⽂件中有以下的⽂件类型申明：

struct _iobuf {
    char *_ptr;
    int _cnt;
    char *_base;
    int _flag;
    int _file;
    int _charbuf;
    int _bufsiz;
    char *_tmpfname;
    };
typedef struct _iobuf FILE;

不同的C编译器的FILE类型包含的内容不完全相同，但是⼤同⼩异。
每当打开⼀个⽂件的时候，系统会根据⽂件的情况⾃动创建⼀个FILE结构的变量，并填充其中的信息，使⽤者不必关⼼细节。

⼀般都是通过⼀个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量，这样使⽤起来更加⽅便。

下⾯我们可以创建⼀个FILE*的指针变量:

 FILE* pf;//⽂件指针变量

定义pf是⼀个指向FILE类型数据的指针变量。可以使pf指向某个⽂件的⽂件信息区（是⼀个结构体变量）。通过该⽂件信息区中的信息就能够访问该⽂件。也就是说，通过⽂件指针变量能够间接找到与它关联的⽂件。

4.3 文件的打开和关闭

⽂件在读写之前应该先打开⽂件，在使⽤结束之后应该关闭⽂件。

在编写程序的时候，在打开⽂件的同时，都会返回⼀个FILE*的指针变量指向该⽂件，也相当于建⽴了指针和⽂件的关系。

ANSIC 规定使⽤ fopen 函数来打开⽂件， fclose 来关闭⽂件。

//打开⽂件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//关闭⽂件
int fclose ( FILE * stream );

mode表⽰⽂件的打开模式，下⾯都是⽂件的打开模式：

文件使用方式含义如果指定文件不存在
“r" （只读）为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件出错
“w" （只写）为了输出数据，打开一个文本文件建立一个新的文件
“a" （追加）向文本文件尾添加数据建立一个新的文件
“rb" （只读）为了输入数据，打开一个二进制文件出错
“wb" （只写）为了输出数据，打开一个二进制文件建立一个新的文件
“ab" （追加）向一个二进制文件尾添加数据建立一个新的文件
“r+" （读写）为了读和写，打开文本文件出错
“w+" （读写）为了读和写，建立一个新的文件建立一个新的文件
“a+" （只读）打开一个文件，在文件尾进行读写建立一个新的文件
“rb+" （读写）为了读和写打开一个二进制文件出错
“wb+" （读写）为了读和写，新建一个新的二进制文件建立一个新的文件
“ab+" （读写）打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写建立一个新的文件
实例代码：
/* fopen fclose example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
    FILE * pFile;
    //打开⽂件
    pFile = fopen ("myfile.txt","w");
    //⽂件操作
    if (pFile!=NULL)
    {
    	fputs ("fopen example",pFile);
    	//关闭⽂件
    	fclose (pFile);
    }
    return 0;
}

5. 文件的顺序读写

5.1 顺序读写函数介绍

函数名功能适用于
**“fgetc" **字符输入函数所有输入流
**“fputc" **字符输出函数所有输出流
**“fgets" **文本行输入函数所有输入流
**“fputs" **文本行输出函数所有输出流
**“fscanf" **格式化输入函数所有输入流
**“fprintf" **格式化输出函数所有输出流
**“fread" **二进制输入文件
**“fwrite" **二进制输出文件
上⾯说的适⽤于所有输⼊流⼀般指适⽤于标准输⼊流和其他输⼊流（如⽂件输⼊流）；所有输出流⼀般指适⽤于标准输出流和其他输出流（如⽂件输出流）。

5.2 对比一组函数：

scanf/fscanf/sscanf
printf/fprintf/sprintf

6. 文件的随机读写

6.1 fseek

根据⽂件指针的位置和偏移量来定位⽂件指针。

int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );

例子：

/* fseek example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
    FILE * pFile;
    pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );
    fputs ( "This is an apple." , pFile );
    fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );
    fputs ( " sam" , pFile );
    fclose ( pFile );
    return 0;
}

6.2 ftell

返回⽂件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

例子：

/* ftell example : getting size of a file */
#include <stdio.h>
int main ()
{
    FILE * pFile;
    long size;
    pFile = fopen ("myfile.txt","rb");
    if (pFile==NULL) 
   	 perror ("Error opening file");
    else
    {
   		fseek (pFile, 0, SEEK_END); // non-portable
    	size=ftell (pFile);
    	fclose (pFile);
    	printf ("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);
    }
    return 0;
}

7.文件读取结束的判定

7.1 被错误使⽤的 feof

牢记：在⽂件读取过程中，不能⽤feof函数的返回值直接来判断⽂件的是否结束。
feof 的作⽤是：当⽂件读取结束的时候，判断是读取结束的原因是否是：遇到⽂件尾结束。

  1. ⽂本⽂件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）
    例如：
    • fgetc 判断是否为 EOF .
    • fgets 判断返回值是否为 NULL .
  2. ⼆进制⽂件的读取结束判断，判断返回值是否⼩于实际要读的个数。
    例如：
    • fread判断返回值是否⼩于实际要读的个数。
    ⽂本⽂件的例⼦：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    int c; // 注意：int，⾮char，要求处理EOF
    FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
    if(!fp) {
    	perror("File opening failed");
    	return EXIT_FAILURE;
    }
    //fgetc 当读取失败的时候或者遇到⽂件结束的时候，都会返回EOF
    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) // 标准C I/O读取⽂件循环
    { 
    	putchar(c);
    }
    //判断是什么原因结束的
    if (ferror(fp))
    puts("I/O error when reading");
    else if (feof(fp))
    puts("End of file reached successfully");
    fclose(fp);
}

⼆进制⽂件的例⼦：

#include <stdio.h>
enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{
    double a[SIZE] = {1.,2.,3.,4.,5.};
    FILE *fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须⽤⼆进制模式
    fwrite(a, sizeof *a, SIZE, fp); // 写 double 的数组
    fclose(fp);

    double b[SIZE];
    fp = fopen("test.bin","rb");
    size_t ret_code = fread(b, sizeof *b, SIZE, fp); // 读 double 的数组
    if(ret_code == SIZE) {
    puts("Array read successfully, contents: ");
    for(int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]);
    putchar('\n');
    } else { // error handling
    	if (feof(fp))
    	printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
    	else if (ferror(fp)) {
    	perror("Error reading test.bin");
 	   }
     }
     
 fclose(fp);
}

8. ⽂件缓冲区

ANSIC 标准采⽤“缓冲⽂件系统”处理的数据⽂件的，所谓缓冲⽂件系统是指系统⾃动地在内存中为程序中每⼀个正在使⽤的⽂件开辟⼀块“⽂件缓冲区”。从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区后才⼀起送到磁盘上。如果从磁盘向计算机读⼊数据，则从磁盘⽂件中读取数据输⼊到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。缓冲区的⼤⼩根据C编译系统决定的。
在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2019 WIN11环境测试
int main()
{
    FILE*pf = fopen("test.txt", "w");
    fputs("abcdef", pf);//先将代码放在输出缓冲区
    printf("睡眠10秒-已经写数据了，打开test.txt⽂件，发现⽂件没有内容\n");
    Sleep(10000);
    printf("刷新缓冲区\n");
    fflush(pf);//刷新缓冲区时，才将输出缓冲区的数据写到⽂件（磁盘）
    //注：fflush 在⾼版本的VS上不能使⽤了
    printf("再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt⽂件，⽂件有内容了\n");
    Sleep(10000);
    fclose(pf);
    //注：fclose在关闭⽂件的时候，也会刷新缓冲区
    pf = NULL;
    return 0;
}

这⾥可以得出⼀个结论：
因为有缓冲区的存在，C语⾔在操作⽂件的时候，需要做刷新缓冲区或者在⽂件操作结束的时候关闭⽂
件。
如果不做，可能导致读写⽂件的问题。

完。

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